Пять методов защиты от перенапряжения с помощью сетевых фильтров
Методы защиты от скачков напряжения
1. Параллельное подключение устройств защиты от перенапряжения (SPD) к линиям электропередачи.
В нормальных условиях варисторы внутри устройства защиты от перенапряжений остаются в состоянии высокого импеданса. Когда в электросеть ударяет молния или возникают кратковременные скачки напряжения из-за коммутационных операций, устройство защиты реагирует в течение наносекунд, заставляя варисторы переключаться в состояние низкого импеданса, быстро ограничивая перенапряжение до безопасного уровня. При длительных скачках или перенапряжениях варистор изнашивается и нагревается, что приводит к срабатыванию механизма теплового отключения для предотвращения возгораний и защиты оборудования.
2. Фильтрующие устройства защиты от перенапряжения последовательного действия, подключаемые к силовым цепям.
Эти защитные устройства обеспечивают чистое и безопасное питание для чувствительного электронного оборудования. Скачки напряжения от молнии несут не только огромную энергию, но и чрезвычайно крутые скорости нарастания напряжения и тока. Хотя параллельные устройства защиты от перенапряжения могут подавлять амплитуду скачков, они не могут сгладить их резкие фронты. Последовательные фильтрующие устройства защиты от перенапряжения, подключенные последовательно к силовым цепям, используют варисторы (MOV1, MOV2) для ограничения перенапряжений за наносекунды. Кроме того, LC-фильтр уменьшает крутизну нарастания напряжения и тока скачка почти в 1000 раз и снижает остаточное напряжение в пять раз, защищая чувствительные устройства.
3. Установка варисторов для ограничения напряжения между фазами и линиями для ограничения импульсных перенапряжений.
Этот метод хорошо подходит для освещения, лифтов, кондиционеров и электродвигателей, обладающих более высокой устойчивостью к импульсным перенапряжениям. Однако он менее эффективен для современной компактной электроники с высокой степенью интеграции. Например, в однофазных системах переменного тока 220 В варисторы обычно устанавливаются между нейтралью и заземлением для поглощения наведенных импульсов молнии. Эффективность защиты полностью зависит от выбора и надежности варистора.
Напряжение ограничения устанавливается исходя из пикового напряжения сети (310 В) с учетом следующих факторов:
- Колебания в сети на 20%,
- Допуск на компоненты 10%,
- 15% факторов надежности (старение, влажность, температура).
Таким образом, типичные уровни ограничения напряжения составляют от 470 В до 510 В. Скачки напряжения ниже 470 В проходят без изменений.
В то время как стандартное электрооборудование (например, двигатели, осветительные приборы) может выдерживать переменное напряжение до 1500 В (пиковое значение 2500 В), современная электроника работает в диапазоне ±5–±15 В с максимальным допуском ниже 50 В. Высокочастотные скачки напряжения ниже 470 В могут по-прежнему передаваться через паразитные емкости в трансформаторах и источниках питания, повреждая интегральные схемы. Кроме того, из-за остаточного напряжения варистора и индуктивности выводов сильные скачки напряжения могут повышать пороговое напряжение до 800–1000 В, что еще больше угрожает безопасности электроники.
4. Повышение уровня защиты с помощью сверхизолированных трансформаторов (метод изоляции)
Между источником питания и нагрузкой устанавливается экранированный разделительный трансформатор для блокировки высокочастотных помех и обеспечения надлежащего вторичного заземления. Синфазные помехи, возникающие относительно земли, передаются через межвитковые емкости. Заземленный экран между первичной и вторичной обмотками отводит эти помехи, снижая уровень выходного шума.
5. Метод абсорбции
Поглощающие компоненты подавляют скачки напряжения, переключаясь с высокого на низкое сопротивление при превышении порогового напряжения. К распространенным устройствам относятся:
- Варисторы – Ограниченная пропускная способность по току.
- Газоразрядные трубки (ГДТ)– Медленная реакция.
- TVS-диоды / твердотельные разрядные трубки – Быстрее, но с учётом снижения энергопотребления.
